OBSAH ENERGIE JAKO JEDEN Z UKAZATELŮ KVALITY OSIVA

Content of energy as indicator of seed quality

František Hnilička1, Ladislav Bláha2, Vratislav Novák1, Petr Hořejš1

1Česká zemědělská univerzita v Praze,

2Výzkumný ústav rostlinné výroby

Abstract

Abiotic stresses influence not only the basic metabolic processes, but also the final quality of grains. Seed stock from the stressed plants is less vital and the changes of anatomical structure, above all in pericarp and testa, but also in the embryonic part are reflected in the amount of accumulated energy. This amount is lower with stressed grains for 6,04 % compared with the control grains. Therefore we suppose, that the anatomical structure of grains of cultural crops and the content of rich-in-energy matters could help like one of the determining characters of quality of seed stock and plants adaptation to unsuitable conditions of outer environment.

winter wheat, abiotic stress, net energy, anatomical structure

Souhrn

Abiotické stresy ovlivňují nejenom základní metabolické procesy a tedy i konečnou kvalitu semen. Osivo získané ze stresovaných rostlin je méně životaschopné a změny anatomické stavby, především v části oplodí a osemení, ale také i v embryonální části se odrážejí i v množství naakumulované energie. Množství naakumulované energie je nižší u semen stresovaných o 6,04 % v porovnání s kontrolními semeny. Proto se domníváme, že anatomická stavba semen kulturních rostlin a obsah energeticky bohatých látek by mohl sloužit jako jeden z určujících znaků kvality osiva a adaptace rostlin na nepříznivé podmínky vnějšího prostředí.

Úvod

Abiotické stresy jako jsou sucho, nízké pH půdy, vysoká teplota a nízká úroveň živin ovlivňují morfologické, fyziologické a biochemické vlastnosti semen. Vedle změn anatomické stavby semen abiotické stresy ovlivňují i množství energie v semenech, neboť již samotné semeno v sobě obsahuje energii ukrytou v chemických sloučeninách. Tato energie je počáteční silou umožňující semeni rozběhnout fyziologické procesy. Množství takto naakumulované energie do semen závisí nejenom na rostlinném druhu, ale také na vzájemné kombinaci a poměru jednotlivých látek - sacharidů, lipidů a proteinů, které vznikají v průběhu fotosyntézy zelených rostlin. Vedle vlivu intenzity fotosyntézy se na energetické hodnotě biomasy podílí i působení vnějšího prostředí, jako je např. intenzita ozáření, fotoperioda, dostupnost živin, typ půdy atd. (GOLLEY, 1961).

Cílem tohoto základního výzkumu je zjistit do jaké míry ovlivňují anatomickou stavbu obilek a obsah energie abiotické stresy.

Metodika

V letech 1997 až 2000 byly ve skleníku v regulovaných podmínkách sledovány změny anatomické stavby obilek a obsahu energie v obilkách vybraných odrůd pšenice seté: Astella, Estica, Ilona a Samanta, pěstovaných v simulovaných podmínkách kontrolních a v podmínkách modelových abiotických stresů - nízké pH, vysoká teplota a sucho.

Pro výsev v pokusných letech bylo použito standardizované jarovizované osivo jednotné provenience uvedených odrůd. V Mitscherlichových nádobách s homogenizovanou zeminou a vyrovnané hladině živin bylo pěstováno dvacet rostlin pšenice. V regulovaných skleníkových podmínkách byla nastavena intenzita ozáření na 700 m mol.m-2.s-1.

V kontrolních podmínkách (K) byla průměrná teplota vnějšího prostředí v době nalévání zrna 23°C ve dne a v noci byla teplota 15°C. Zálivka byla jednotná a vycházela z 31 % objemu půdní vlhkosti, což představuje hodnotu vodního potenciálu půdy - 0,12 MPa, při pH 7,0.

Druhá varianta pokusu zahrnovala vzájemnou kombinaci tří nejčastěji se vyskytujících abiotických stresů - nízké pH (pH), vysoká teplota (T) a sucho (S). Nízké pH 4,5 bylo navozeno opakovanou zálivkou 0,2 % kyselinou sírovou. Průměrná teplota vnějšího prostředí byla ve dne 37,6°C a v noci 25,6°C. Sucho bylo simulováno sníženou zálivkou na úroveň 17 % objemu půdní vlhkosti, tj. vodní půdní potenciál - 1,28 MPa. Závlaha u varianty sucho byla uskutečňována vždy po dosažení bodu vadnutí a vlhkost půdy byla vždy nižší i po zálivce - kontrola procentického obsahu vody byla prováděna elektrickým čidlem po příslušné kalibraci.

Obsah energeticky bohatých látek jsme stanovili pomocí automatického adiabatického spalného kalorimetru MS 10 A, německé firmy Laget. Anatomická stavba obilek byla zjišťována po jejich fixaci a barvení standardními barvivy a byl využit špičkový mikroskop Nikon s fotografickým zařízením.

Výsledky a diskuse

Při hodnocení anatomické stavby obilek po vlivu negativních podmínek prostředí bylo zjištěno, že nejvýznamnější jsou změny ve vrstvě oplodí, kde se vytváří větší množství buněk, které jsou tvarově a velikostně odlišné. Uvedený jev je na obrázku 2, kde je zobrazen příčný řez obilkou, která se vyvíjela ve stresovém prostředí a na obrázku 1, kde je zobrazen řez obilkou ze standardního prostředí. Změna stavby aleuronové vrstvy může značně ovlivnit veškeré hospodářsky důležité vlastnosti osiva.

Obrázek 1: Příčný řez obilkou z kontrolních podmínek

Obrázek 2: Příčný řez obilkou ze stresového prostředí

Jak je patrné z obou obrázků dochází u stresovaných obilek k výrazným anatomickým změnám stavby buněk, především v oblasti oplodí, kde se vytváří více tvarově buněk epidermis, které jsou v porovnání s kontrolními obilkami tenkostěnné. Tyto změny jsou též spojeny s chemickým složením obilek, kdy se mění vzájemný poměr mezi bílkovinami, sacharidy a lipidy a tedy i obsah energeticky bohatých látek naakumulovaných do zrna. Na základě těchto skutečností jsme též sledovali obsah energeticky bohatých látek, vyjádřených jako hodnoty netto energie.

Zjištěn byl značný negativní vliv kombinace stresových faktorů na množství netto energie vybraných odrůd ozimé pšenice, kdy došlo k jeho snížení v porovnání s variantou kontrolní (viz tabulka 1). Naměřené snížení hodnot spalného tepla bylo 6,24 % v neprospěch obilek ze stresovaných rostlin. K podobným závěrům dospěli např. u rostlin stresovaných pouze suchem Hansen a Diepenbrock (1994).

Tabulka 1: Obsah netto energie (kJ.g sušiny-1)

Při porovnání množství naakumulované energie do zrn jednotlivých odrůd pšenice ozimé je možné konstatovat, že nejvyšší hodnotu spalného tepla měla u varianty kontrolní odrůda Samanta (naměřená hodnota byla 15,08 kJ.g-1). Naopak odrůda Estica měla nejnižší obsah energeticky bohatých látek ze všech sledovaných odrůd pšenice u téže varianty, neboť hodnota dosáhla výše 12,46 kJ.g-1. U varianty s kombinací stresových faktorů se projevila tolerance vybraných odrůd pšenice ozimé, neboť nejvyšší průměrná hodnota spalného tepla byla naměřena u odrůdy Astella (16,47 kJ.g-1). Nejcitlivěji na stres reagovala u této varianty odrůda Ilona. U této odrůdy byla naměřena nejnižší množství netto energie v porovnání s ostatními odrůdami (11,45 kJ.g-1).

Množství energie obsažené ve sklízené biomase zrna bylo výrazně ovlivněno stresy, neboť v porovnání s kontrolní variantou došlo u stresovaných zrn k nižší akumulaci energie. Pokles energie v porovnání s kontrolní variantou je statisticky významný jak u slámy, tak u zrna (5,73 %, a = 0,05), jak je zobrazeno u vybraných odrůd v tabulce 2.

Tabulka 2: Výnos zrna (g) a celkové množství netto energie (kJ.nádobu-1)

Jak vyplývá z uvedeného přehledu, reagují jednotlivé odrůdy na nepříznivé podmínky vnějšího prostředí rozdílně, v tomto případě se projevuje vliv genotypu odrůdy, jak ve své práci uvádí např. Golley (1961), Hansen a Diepenbrock (1994). Nejcitlivěji na nepříznivé životní podmínky reaguje odrůda Ilona a nejméně odrůda Astella.

Záver

Abiotické stresy průkazně ovlivňují nejenom anatomickou stavbu obilek, ale také obsah energeticky bohatých látek naakumulovaných do semen. Uvedené jevy ovlivňují životnost osiva, jeho skladovatelnost a veškeré procesy v průběhu klíčení osiva. Proto se domníváme, že anatomická stavba semen kulturních rostlin a obsah energeticky bohatých látek by mohl sloužit jako jeden z určujících znaků kvality osiva a adaptace rostlin na nepříznivé podmínky vnějšího prostředí.

Literatura

GOLLEY, F. B.: Energy valeres of ecological materials. Ecology, Vol. 42, 1961, (3), 581 - 584.

Hansen, F., Diepenbrock, W.: Pflanzenbauliche Aspekte der Energie und Stickstoffbilanz des Rapsanbaus. Fett Wissenschaft Technologie 96, 1994, (45) : 129 - 136.